DE10206351A1

DE10206351A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Personen- und Kollisionsschutz an einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE10206351A1
Application number: DE2002106351
Authority: DE
Inventors: Walter Zipp; Michael Schliep; Szabolcs Toergyekes
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2003-09-04
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: DE10206351B4

Abstract

Für eine besonders schnelle und sichere Analyse eines Unfallgeschehens wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum Personen- und Kollisionsschutz an einem Fahrzeug ein auf ein Außenteil des Fahrzeugs durch ein Objekt einwirkender Stoß akustisch ausgekoppelt und einer Signalverarbeitungseinheit zugeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Personen- und Kollisionsschutz an einem Fahrzeug. Sie betrifft weiter eine Vorrichtung zum Personen- und Kollisionsschutz.
Zum Schütz von Personen, insbesondere zum Schutz von Fahrzeuginsassen, umfasst ein Fahrzeug verschiedene Schutzvorrichtungen, wie z. B. Airbags. Zum Schutz von Fußgängern oder Zweiradfahrern bzw. zum Schutz vor Sachschaden am Fahrzeug ist im Gegensatz zum Schutz der Fahrzeuginsassen nur eine mäßig wirksame bei einer möglichen Kollision energieaufnehmende oder sich verformende Schutzeinheit, in Form von Freigang zwischen Motorhaube und Motorblock, vorgesehen. Darüber hinaus sind nach einer Kollision weitere Gefahren abwendende Schutzeinrichtungen lediglich für Fahrzeuginsassen vorgesehen, beispielsweise Auslösung von Airbags, Gurtstraffern, Gurtkraftbegrenzern, Gurtstoppern und/oder der Deaktivierung eines nicht ausgelösten Airbags nach dem Unfall. Üblicherweise sind vorbeugende, insbesondere vorausschauende und kollisionsverhindernde Schutzeinrichtungen, z. B. ein Radar oder andere optische Sensoren, bekannt. Eine Analyse der Kollision wird nicht durchgeführt. Aufgrund der bei einer Kollision unter Schock stehenden Personen ist ferner häufig eine korrekte Analyse des Unfalls, welche für eine schnelle Hilfe und Warnung des nachfolgenden Verkehr erforderlich ist, nur schwer möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Personen- und Kollisionsschutz an einem Fahrzeug anzugeben, welches unabhängig von den an einer Kollision beteiligten Personen eine besonders schnelle und sichere Analyse des Unfallgeschehens ermöglicht. Weiterhin soll eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung zum Personen- und Kollisionsschutz angegeben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der übergeordneten Ansprüche gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung an.
Die Erfindung beruht dabei auf dem Konzept, dass bei einem Verfahren zum Personen- und Kollisionsschutz am Fahrzeug ein auf ein Außenteil des Fahrzeugs durch ein Objekt einwirkender Stoss akustisch ausgekoppelt und einer Signalverarbeitungseinheit zugeführt wird. Dazu ist bevorzugt ein Schallsensor vorgesehen, welcher direkt an ein Außenteil des Fahrzeugs akustisch angekoppelt ist. Beispielsweise ist der Schallsensor im Bereich eines vorderen Stoßfängers angeordnet. Hierdurch wird eine mögliche Kollision mit einer Personen oder einem anderen Gegenstand mittels einer ersten physischen Berührung des Fahrzeugs mit dem Objekt als impulsartige Anregung erfasst. Hierzu wird mittels des Schallsensors vorzugsweise ein Schallsignal, bevorzugt ein Körper- und/oder Luftschallsignal, am Außenteil des Fahrzeugs ausgekoppelt. Für eine das gesamte Fahrzeug betreffende Kollisionserkennung umfasst die Vorrichtung bevorzugt eine Mehrzahl von fahrzeugseitig angeordneten Schallsensoren.
Je nach Art und Ausführung der Vorrichtung kann diese als Schallsensoren Luft- und/oder Körperschallsensoren umfassen. Der Schallsensor ist zur Verarbeitung des erfassten Schallsignals mit einer Signal- oder Datenverarbeitungseinheit verbunden. Mittels der Signalverarbeitungseinheit wird das Schallsignal, das Körper- und/oder Luftschallsignal, bevorzugt mittels einer Zeit-Frequenz-Analyse, z. B. mittels einer FFT-Analyse (FFT = Fast Fourier Transformation), zu einem Ausgangssignal verarbeitet und analysiert. Anhand einer aus der Zeit-Frequenz- Analyse resultierenden spektralen Verteilung des Schallsignals und der zugehörigen Amplituden sowie ggf. anhand mindestens eines Betriebsparameters des eigenen Fahrzeugs wird das Objekt dahingehend bestimmt,. ob dieses ein Gegenstand, z. B. ein Laternenmast, oder ein Lebewesen, z. B. ein Fußgänger oder ein Tier, ist. Hierzu wird der Signalverarbeitungseinheit vorzugsweise mindestens ein Betriebsparameter, z. B. "Zündung EIN", "Motor EIN", "Motorhaube AUF", zugeführt. Mit anderen Worten: Anhand einer Verknüpfung des Ausgangssignals der Zeit-Frequenz-Analyse mit dem Betriebsparameter wird in besonders einfacher Art und möglichst schnell das den Stoß bewirkendes Objekt bestimmt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in Abhängigkeit von der Art des den Stoß bewirkenden Objekts ein Meldesignal zur Aktivierung von fahrzeugeigenen Schutzeinrichtungen erzeugt. Falls das Objekt z. B. als eine Person identifiziert wird, wird zweckmäßigerweise eine fahrzeugeigene Schutzeinrichtung, z. B. Zündung eines Außen-Airbags, Anhebung der Motorhaube und/oder automatische Aktivierung einer Vollbremsung, mittels des Meldesignals aktiviert. Hierdurch ist sichergestellt, dass das Verletzungsrisiko der betreffenden mit dem Fahrzeug kollidierenden Person weitgehend reduziert wird.
Alternativ oder zusätzlich wird das Meldesignal in Abhängigkeit vom Kollisionsgrad einer externen Schutzeinrichtung und/oder anderen Schutzeinrichtungen nachfolgender Fahrzeuge zugeführt. Zweckmäßigerweise wird mittels eines optischen Sensors ein Bild von der Fahrzeugumgebung erfasst. Darüber hinaus können weitere Sensoren zur Erfassung der Fahrzeugumgebung, wie z. B. Temperatursensor, vorgesehen sein. Durch eine Kombination der die Umgebung des Fahrzeugs erfassenden Sensoren und der Analyse der Kollision und insbesondere des Kollisionsgrades können beispielsweise bei einem mittels der Analyse detektierten Auffahrunfall und mittels der Umgebungssensoren erfassten Nebel nachfolgende Fahrzeuge und/oder eine zentrale Leitstelle über eine drahtlose Verbindung rechtzeitig zur Verhinderung weiterer Schäden alarmiert und ggf. mittels des erzeugten Meldesignals Schutzeinrichtungen nachfolgender Fahrzeuge, z. B. Vollbremsung, aktiviert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird mindestens ein Testschallsignal in das Außenteil des Fahrzeugs eingekoppelt. Hierzu werden Testsignale z. B. mittels eines Körperschallaktuators in das Außenteil des Fahrzeugs, z. B. in die vorderen Stoßfänger eingeleitet. Anhand der Zeit-Frequenz-Analyse des aktuell bestimmten Ausgangssignals und eines Vergleichs mit dem Testschallsignal werden Veränderungen im Übertragungsverhalten identifiziert, wodurch ein möglicher Kontakt mit einem Objekt, der Objekttyp und/oder der Grad der Kontaktierung oder Kollision bestimmt wird. Bevorzugt werden des weiteren die der Signalverarbeitungseinheit zugeführten Daten, wie Betriebs- und/oder Umgebungsdaten, sowie die von der Signalverarbeitungseinheit bestimmten Daten, wie das Ausgangssignal und das Schallsignal, miteinander verknüpft und einer Mustererkennung zugeführt. Dabei sind verschiedene eine Kollision beschreibende Muster für Objekttyp, Kollisionsgrad, Kollisionsverlauf in einem Datenspeicher hinterlegt. Beispielsweise können dabei nach einer ersten Kollision weitere Berührungen erfasst und analysiert werden. Aufgrund von Schallanalysen kann durch Mustervergleich die Schwere des Aufpralls, wie z. B. Art, Stärke und Beschaffenheit des Objekts, bestimmt werden. Des weiteren kann der Verlauf einer Kollision, z. B. Bewegungs- und Berührungsprofil, anhand der Verknüpfung mit Daten von optischen Sensoren, wie z. B. Kameras, erfasst werden.
Für eine spätere Analyse des Kollisionshergangs werden die erfassten und anhand von Analysen bestimmten Daten in einem Datenspeicher hinterlegt. Je nach Schwere der Kollision werden die Daten an externe Systeme gesendet. Ein mittels der Analyse bestimmter Personen- und/oder Sachschaden kann so rechtzeitig z. B. an Rettungseinrichtungen oder Abschleppdienste übermittelt werden. Vorteilhafterweise werden dabei Bewegungs- und/oder Berührungsprofile, identifizierte Kräfte und Drehmomente zusammen mit Positionsdaten und Bildaufnahmen übermittelt. Somit können Fehlauslösungen sicher vermieden werden. Darüber hinaus kann der Einsatz erforderlicher Rettungskräfte weitgehend genau bestimmt werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass Kollisionsvorgänge exakter detektiert und geeignete Schutzmaßnahmen für alle Beteiligten ergriffen werden können. Eine unnötige Aktivierung von Schutzsystemen wird vermieden. Dadurch können Reparaturkosten gesenkt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zum Personen- und Kollisionsschutz an einem Fahrzeug mit einem schallempfindlichen Sensor,
Fig. 2 schematisch einen Aufbau einer Signalverarbeitungseinheit zur Bestimmung und Analyse eines an einem Fahrzeugaußenteil ausgekoppelten Schallsignals,
Fig. 3-6 schematisch verschiedene Funktionsabläufe der Signalverarbeitungseinheit,
Fig. 7-10 schematisch verschiedene Beispiele für einen zeitlichen Kollisionsablauf und den daraus resultierenden mittels der Signalverarbeitungseinheit erfassten Signalen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Personen- und Kollisionsschutz an einem Fahrzeug 2 mit mehreren schallempfindlichen Schallsensoren 4. Je nach Art und Ausführung der Vorrichtung 1, insbesondere in Abhängigkeit vom Grad der Sicherheitsausstattung des betreffenden Fahrzeugs 2, kann ein Schallsensor 4 vorgesehen sein. Bevorzugt ist für eine das gesamte Fahrzeug 2 umfassende Kollisionsüberwachung eine Mehrzahl von Schallsensoren 4 vorgesehen. Die Schallsensoren 4 sind mindestens an ein Außenteil 6 des Fahrzeugs 2 akustisch angekoppelt. Als. Außenteil 6 zur Aufnahme der Schallsensoren 4 dienen beispielsweise der vordere und hintere Stoßfänger und/oder Seitenwände des Fahrzeugs 2. Dabei werden bevorzugt jene Stelle als Außenteil 6 ausgewählt, welche als besonders kritisch im Kollisionsfall anzusehen sind. Der Schallsensor 4 ist bevorzugt als ein körperschallempfindlicher Sensor, z. B. als piezoelektrischer Beschleunigungssensor, oder als luftschallempfindlicher Sensor, z. B. als Mikrofon mit Kugel- und/oder Richtcharakteristik, ausgeführt.
Die Schallsensoren 4 sind über ein nicht näher dargestelltes Datenübertragungssystem, z. B. einem Datenbus und/oder einer Bluetooth-Verbindung, mit einer Signalverarbeitungseinheit 8 verbunden. Je nach Art und Ausführung der Vorrichtung 1 zur Kollisionsüberwachung kann diese zusätzlich mindestens einen Körperschallaktuator 10 aufweisen. Dabei ist in einer möglichen Ausführungsform je Außenteil 6 mindestens ein Körperschallaktuator 10 vorgesehen. Als Körperschallaktuator 10 wird beispielsweise ein elektrodynamischer Shaker verwendet. Mittels des Körperschallaktuators 10 werden Testschallsignale als Referenzsignale in das Außenteil 6 des Fahrzeugs 2 eingekoppelt.
Des weiteren kann die Vorrichtung 1 zur Kollisionsüberwachung zusätzlich einen optischen Sensor 12, z. B. eine Videokamera, umfassen. Je nach Art und Ausführung können mehrere, sämtliche Umgebungsrichtungen überwachende und somit um das gesamte Fahrzeug 2, z. B. im Fahrzeugdach, im vorderen und hinteren Stoßfänger, verteilte optische Sensoren 12 vorgesehen sein. Sowohl die optischen Sensoren 12, als auch die Körperschallaktuatoren 10 sind in nicht näher dargestellten Art und Weise mit der Signalverarbeitungseinheit 8 verbunden.
In der Fig. 2 ist die Signalverarbeitungseinheit 8 im Detail dargestellt. Die Signalverarbeitungseinheit 8 dient der Analyse des mittels der Schallsensoren 4 erfassten Schallsignals S. Dazu weist die Signalverarbeitungseinheit 8 ein Analysemodul 14 zur Zeit-Frequenz-Analyse des vom Schallsensor 4 erfassten Schallsignals S und zur Erzeugung eines Ausgangssignals A auf. Die Signalverarbeitungseinheit 8 kann dabei als ein separates Steuergerät ausgeführt oder in einem anderen fahrzeuginternen Steuergerät integriert sein.
Zur Berücksichtigung weiterer, die Kollision beschreibender Daten D ist die Signalverarbeitungseinheit 8 ggf. mit zusätzlichen fahrzeuginternen und/oder fahrzeugexternen Systemen verbunden. Beispielsweise ist die Signalverarbeitungseinheit 8 mit mindestens einem Betriebsmodul 16 des Fahrzeugs 2, z. B. einem Drucksensor 16a für einen Außenairbag oder einem Steuergerät 16b zum Empfang von weiteren Fahrzeugdaten F sowie einem Navigationssystem 16c zur Bestimmung von Positionsdaten P, verbunden. Zur Erfassung weiterer fahrzeugbezogener Daten kann die Signalverarbeitungseinheit 8 mit einem meteorologischen Sensor 18 zur Erfassung von meteorologischen Daten M verbunden sein. Der meteorologische Sensor 18 umfasst beispielsweise einen Temperatur-, Feuchte- oder Niederschlagssensor. Die vom fahrzeuginternen optischen Sensor 12 erfassten optischen Daten O werden ebenfalls der Signalverarbeitungseinheit 8 zugeführt.
Je nach Art und Ausführung der Signalverarbeitungseinheit 8 wird mittels des Analysemoduls 14 anhand der Analyse des erfassten Schallsignals S ein Ausgangssignal A zur Aktivierung von fahrzeugeigenen Schutzeinrichtungen 20, wie z. B. einem Außenairbag, und/oder zur Beeinflussung einer Fahrzeugsteuerung 22, z. B. Ausführung einer Vollbremsung, gebildet. Dazu ist die Signalverarbeitungseinheit 8 mit der fahrzeugeigenen Schutzeinrichtung 20 und der Fahrzeugsteuerung 22 verbunden. Zum Schutz des nachfolgenden Verkehrs kann die Signalverarbeitungseinheit 8 darüber hinaus mit einer externen Schutzeinrichtung 23, z. B. anderen Schutzeinrichtungen nachfolgender Fahrzeuge oder einer zentralen Leitstelle, beispielsweise drahtlos verbunden sein. Je nach Art und Ausführung der Vorrichtung 1 sind die verschiedenen Komponenten drahtgebunden miteinander verschaltet oder über ein Datenbussystem miteinander vernetzt. Alternativ oder zusätzlich kann die Verbindung auch drahtlos ausgebildet sein.
Des weiteren kann die Vorrichtung 1 einen Datenspeicher 24 zur Hinterlegung der erfassten Schallsignale 5 und der ermittelten Ausgangssignale A beispielsweise in Form eines Ringspeichers umfassen. Zur Berücksichtigung von bereits hinterlegten Daten D bei der aktuellen Schallanalyse ist Signalverarbeitungseinheit 8 mit dem Datenspeicher 24 verbunden. Darüber hinaus ist die Signalverarbeitungseinheit 8 mit dem Körperschallaktuator 10 zu dessen Aktivierung oder Deaktivierung und/oder Steuerung verbunden.
In der Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm für das Verfahren zur Kollisionsüberwachung näher dargestellt. Beim Betrieb der Vorrichtung 1 wird mittels des Körperschallaktuators 10 ein Testschallsignal T in das Außenteil 6 des Fahrzeugs 2 eingeleitet. Als Testschallsignal T wird dabei mittels des Körperschallaktuators 10 ein kontinuierliches Rauschsignal erzeugt und in das Außenteil 6 eingeleitet. Im Normalbetrieb des Fahrzeugs 2 wird das Testschallsignal T mittels der verteilt am Außenteil 6angeordneten Schallsensoren 4 als Schallsignal S erfasst. Die Schallsensoren 4 sind dazu mit dem jeweiligen Außenteil 6 akustisch gekoppelt. Das von den Schallsensoren 4 erfasste Schallsignal S wird anschließend der Signalverarbeitungseinheit 8 zur weiteren Verarbeitung, insbesondere zur Schallanalyse, zugeführt. Das Schallsignal S wird anhand einer Zeit-Frequenz- Analyse mittels des Analysemoduls 14 verarbeitet und mit dem vom Körperschallaktuator 10 erzeugten Referenz- oder Testschallsignal T verglichen. Dieser Vergleich liefert die Übertragungsfunktion des Bauteils für das Schallsignal. Wenn der Verlauf der Übertragungsfunktion über der Frequenz nicht durch äußere Einflüsse, wie z. B. dem physischen Kontakt mit einem Gegenstand, beeinflusst wird, so ist der Normalbetrieb des Fahrzeugs 2 erkennbar.
Im Falle einer Kollision des Fahrzeugs 2 mit einem Objekt 5 wird anhand der Veränderungen des erfassten Schallsignals S', welches nun zum einen das Testschallsignal T und zum anderen ein die Kollision beschreibendes Schallsignal S" umfasst, der Stoß oder Aufprall detektiert. Zur Identifizierung der Schwere der Kollision werden mittels der Signalverarbeitungseinheit 8 weitere fahrzeuginterne Betriebsparameter F verarbeitet. Je nach Kollisionsgrad wird mittels der Signalverarbeitungseinheit 8 das Ausgangssignal A zur Auslösung von Schutzmaßnahmen, z. B. Aktivierung von fahrzeuginternen und/oder -externen Schutzeinrichtungen 20, 22, 23, generiert.
Die Fig. 4 zeigt das Analysemodul 14 der Signalverarbeitungseinheit 8 im Detail. Je nach Ausführungsform der Komponenten der Vorrichtung 1 kann das Analysemodul 14 und/oder die Signalverarbeitungseinheit 8 zum Austausch von Daten D(S, A, F, M, O, P) eingangs- und/oder ausgangsseitig eine Datenschnittstelle 26 aufweisen. Das Analysemodul 14 umfasst ein erstes Modul 28 zur Zeit-Frequenz-Analyse des erfassten Schallsignals S. Dabei wird anhand einer Analyse der spektralen Signalverteilung und der zugehörigen Amplituden eine mögliche Kollision eines Objekts 5 mit dem Außenteil 6 des Fahrzeugs 2 identifiziert. Insbesondere ist eine Detektion des Objekttyps im Hinblick darauf, ob das Objekt 5 ein Gegenstand oder ein Lebewesen ist ermöglicht.
Je nach Analysegrad kann das erfasste Schallsignal S einem zweiten Modul 30 zum Mustervergleich zugeführt werden. Beispielsweise sind dazu in dem Datenspeicher 24 verschiedene eine Kollision beschreibende Muster in Form von akustischen Kennlinien hinterlegt. Durch Vergleich der die aktuelle Kollision beschreibenden Schallsignale S mit archivierten Schallsignalen S" ist eine besonders schnelle und sichere Erkennung der Kollisionsart und/oder des Kollisionsverlaufs ermöglicht. Bevorzugt werden bei der Mustererkennung Methoden der künstlichen Intelligenz, wie z. B. neuronale Netze oder Fuzzy-Logik, verwendet.
In einem dritten Modul 32 werden die erfassten und analysierten Daten D derart bewertet, dass anhand der identifizierten Bewegungsabläufe und Berührungsprofile sowie der erfassten Daten D das Ausgangssignal A zur Auslösung von fahrzeugbezogenen und/oder externen Schutzmaßnahmen generiert werden. Dabei werden im Fall einer Kollision das Ausgangssignal A und ggf. die Daten D bezüglich der Bewegungs- und Berührungsprofile, dabei wirkende Kräfte und Drehmomente, Art und Stärke sowie Beschaffenheit des Objekts 5 sowie eventuelle Personen- oder Sachschäden an fahrzeuginterne Systeme, z. B. Motorsteuergerät, und/oder an fahrzeugexterne Systeme, z. B. Navigationssysteme nachfolgender Fahrzeuge oder einer zentralen Leitstelle, übertragen. Je nach Art und Ausführung können diese Daten D mit Positionsdaten P und Bilddaten 0 verknüpft und einer weiteren Beurteilung zugeführt sowie zur Auslösung weiterer Ausgangssignale A zur Aktivierung von Schutzeinrichtungen 20 oder Fahrzeugsteuerungen 22 verwendet werden. Beispielsweise sind mittels des Ausgangssignals A unterschiedliche Schutzmaßnahmen aktivierbar, wie Zündung eines Außen-Airbags, Anhebung der Motorhaube, Vollbremsung des Fahrzeugs 2 oder Steuerung des nachfolgenden Verkehrs.
Je nach gewünschtem Analysegrad kann in jeder Stufe der Analyse eine Berücksichtigung von weiteren fahrzeuginternen Signalen F und/oder fahrzeugexternen Signale O, M, P mittels Verknüpfung der betreffenden Daten O, M, P, F mit dem Schallsignal S und/oder dem Ausgangssignal A erfolgen. Des weiteren können sowohl die aktuell erfassten Schallsignale S als auch die anderen Daten D(M, O, F, P, A) in dem Datenspeicher 24 zu Dokumentations- und Beweiszwecken, z. B. für eine spätere Analyse oder für Prognose, hinterlegt werden.
In Fig. 5 ist das Kollisionsüberwachungsverfahren erweitert um die Funktion eines Referenzsignals. Dazu wird dem Außenteil 6 des Fahrzeugs 2 das Testschallsignal T mittels des Körperschallaktuators 10 zugeführt. Mittels der Verbindung des Körperschallaktuators 10 mit der Signalverarbeitungseinheit 8 wird der Körperschallaktuator 10 von der Signalverarbeitungseinheit 8 aktiviert oder deaktiviert. Sowohl das beim Aufprall des Objekts 5 auf das Außenteil 6 generierte Schallsignal S als auch das Testschallsignal T werden von dem das Außenteil 6 überwachenden Schallsensor 4 erfasst und zur wie bereits oben beschriebenen Analyse der Signalverarbeitungseinheit 8 zugeführt.
Fig. 6 zeigt eine mögliche Ausführungsform für die im dritten Modul 32 ausgeführten Bewertung der Daten D. Dabei werden die Daten D analysiert und mit hinterlegten Mustern verglichen anhand derer eine Kollision identifiziert oder nicht identifiziert wird. Je nach Feinheitsgrad der Analyse werden die Daten D dahingehend ausgewertet, ob es sich bei dem Objekt 5 um ein Lebewesen und danach wiederum um eine Person oder ein Tier handelt. Des weiteren wird eine aus der Kollision resultierende Gefahr für die Fahrzeuginsassen detektiert und bewertet, so dass gegebenenfalls interne und/oder externe Schutzsysteme aktiviert werden.
Die Fig. 7 zeigt ein Beispiel für das Verfahren zur Kollisionsüberwachung, bei dem eine Kollision des Fahrzeugs 2 mit einem Baum bei einer Geschwindigkeit von v = 20 km/h erfolgt. Dabei wird mittels des Schallsensors 4 das Schallsignal S mit einer Frequenz von f ≤ 1000 Hz erfasst. Bei einer vergleichbaren Kollision des Fahrzeugs 2 mit gleicher Geschwindigkeit v gegen einen Laternenmast aus Metall weist das erfasste Schallsignal S eine höherfrequente Anregung auf, d. h. das Schallsignal S weist eine Frequenz von f ≤ 10 kHz auf, wie dies beispielhaft in Fig. 8 dargestellt ist. Anhand der in den Fig. 7 und 8 beschriebenen Fällen wird mittels der Signalverarbeitungseinheit 8 anhand der Zeit-Frequenzanalyse ein Gegenstand als Objekt identifiziert. Mittels des Analysemoduls 14 werden anhand der Bewertung der Daten D Ausgangssignale A lediglich für Schutzmassnahmen der Fahrzeuginsassen, z. B. Auslösung von Airbags, und/oder Schutzmassnahmen für den nachfolgenden Verkehr generiert. Auf den Schutz von äußeren Schutzeinrichtungen kann zur Senkung von Reparaturkosten verzichtet werden.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Beispiel. Dabei fährt ein Fahrzeug 2 mit einer Geschwindigkeit von v = 20 km/h gegen einen stehenden Fußgänger und berührt ihn zunächst am Bein. Infolge der Nachgiebigkeit des menschlichen Beins erzeugt der Aufprall am betreffenden Außenteil 6 ein Körperschallsignal S, dessen hochfrequenter Anteil niedrig ist und eine Frequenz f von ca. 80 Hz erreicht. In diesem Fall wird mittels der Signalverarbeitungseinheit 8 das Objekt 5 als Person erkannt. Dadurch können die für den Schutz des Fußgängers relevanten Maßnahmen, wie z. B. Zündung von Außen-Airbags, Anhebung der Motorhaube, gezielt aktiviert werden.
Die Fig. 10a und 10b zeigen einen weiteren Anwendungsfall. Wie im Beispiel von Fig. 9 wird ein Fußgänger vom Fahrzeug 2 zum Zeitpunkt t₀ = 0 s bei einer Geschwindigkeit von v = 20 km/h erfasst. Die erste Berührung erfolgt mit dem vorderen Stoßfänger am Bein des Fußgängers. Das dadurch erzeugte kollisionsbedingte typische Körperschallsignal S ist in einem Campbell-Diagramm der Fig. 10a dargestellt.
Nach einer Zeit von t₁ = 0,2 s nach dem ersten Kontakt zwischen vorderem Stoßfänger und dem Bein des Fußgängers schlägt der Kopf des Fußgängers auf der Motorhaube auf und erzeugt das im Diagramm der Fig. 10b markierte Körperschallereignis, dessen Frequenzspektrum bis 100 Hz reicht. Die in den Fig. 10a und 10b dargestellten erfassten Schallsignale S werden fortlaufend chronologisch erfasst und im Datenspeicher 24 zur Analyse hinterlegt. Der Inhalt des als Ringspeicher ausgebildeten Datenspeichers 24 wird infolge der mittels des Analysemoduls 14 als signifikant bewerteten Körperschallereignisse beibehalten und archiviert. Die zeitliche Ausdehnung des Ringspeichers umfasst vorteilhafterweise eine geschwindigkeitsabhängige Zeitspanne, die im Fall einer Kollision durch eine Auslösung mittels des Signalverarbeitungsmoduls 8 die Beibehaltung des Ringspeicherinhalts hinreichend früh beginnt. Zur Auslösung der Beibehaltung können verschiedene Sensoren genutzt werden. Insbesondere die optischen oder Videodaten lassen den Unfallhergang reproduzieren. Die Körperschallereignisse geben darüber hinaus auch Aufschluss über die Schwere des Unfalls, die automatisch an weitere Systeme übertragen kommuniziert werden. Falls ein Außen-Airbag infolge der Körperschallanalyse im Zeitpunkt t₀ = 0 s (Fig. 10a) gezündet wurde, tritt das Körperschallereignis beim Aufprall des menschlichen Kopfs auf der Motorhaube (Fig. 10b) in stark abgeschwächter Form auf. Die Schwere des Aufschlags auf den Airbag wird mittels der Signalverarbeitungseinheit 8 vorteilhafterweise aus einem Druckanstieg im Airbag ermittelt.
Zusätzlich kann je nach Vorgabe im vorderen Stoßfänger außer dem Körperschallsensor 4 ein Körperschallaktuator 10 angeordnet sein, der ein pseudo-statistisches Rauschsignal in den Stoßfänger einleitet, so das zusammen mit dem Übertragungsverhalten des Stoßfängers eine Systemantwort erzeugt wird, die vom Körperschallsensor 4 erfasst wird. Der Aktuator 10 dient in dieser Kontroll-Schleife als Sender, der Körperschallsensor 4 dient als Empfänger des Testschallsignals T. Im Fall einer Berührung des Stoßfängers durch ein Objekt 5 kann anhand der veränderten Systemantwort, z. B. wegen der Frequenz-Verschiebung der Resonanzen oder durch lokale Pegelveränderungen, auf die Beschaffenheit des berührten Objekts 5 geschlossen werden. Zur Erfassung von weiteren relevanten Umgebungsparametern sind am Fahrzeug 2 z. B. Videokameras und Temperatursensoren angeordnet. Anhand von Infrarotaufnahmen und parallel gemessenen Lufttemperaturwerten kann die Identifikation von Lebewesen weiter präzisiert werden.

Claims

1. Verfahren zum Personen- und Kollisionsschutz an einem Fahrzeug (2), bei dem ein auf ein Außenteil (6) des Fahrzeugs (2) durch ein Objekt (5) einwirkender Stoss akustisch ausgekoppelt und einer Signalverarbeitungseinheit (8) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Schallsignal (S) am Außenteil (6) ausgekoppelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als Schallsignal (S) ein Körperschallsignal und/oder ein Luftschallsignal bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Schallsignal (S) mittels der Signalverarbeitungseinheit (8) anhand einer Zeit-Frequenz-Analyse zu einem Ausgangssignal (A) verarbeitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Signalverarbeitungseinheit (8) mindestens ein Betriebsparameter (F) des Fahrzeugs (2) zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Ausgangssignal (A) der Zeit-Frequenz-Analyse mit dem Betriebsparameter (F) verknüpft und das den Stoß bewirkendes Objekt (5) bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem in Abhängigkeit von der Art des den Stoß bewirkenden Objekts (5) ein Meldesignal (A) zur Aktivierung von fahrzeugeigenen Schutzeinrichtungen (20) erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Meldesignal (A) in Abhängigkeit vom Kollisionsgrad einer externen Schutzeinrichtung (20) und/oder anderen Schutzeinrichtungen (21, 22, 23) nachfolgender Fahrzeuge (2) zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem mindestens ein Testschallsignal (T) in das Außenteil des Fahrzeugs (2) eingekoppelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Testschallsignal (T) mit dem Ausgangssignal (A) verglichen und anhand einer Analyse von Veränderungen Eigenschaften des Objekts (5) bestimmt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem mittels eines optischen Sensors (12) ein Bild von der Fahrzeugumgebung erfasst wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der Signalverarbeitungseinheit (8) zugeführte Daten (D) und von dieser bestimmte Daten (D) für eine Mustererkennung miteinander verknüpft werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem zur Signalverarbeitung Methoden der künstlichen Intelligenz und/oder neuronale Netze und/oder Fuzzy-Logik eingesetzt werden.

14. Vorrichtung (1) zum Personen- und Kollisionsschutz an einem Fahrzeug (2) mit mindestens einem schallempfindlichen Schallsensor (4), der an einem Außenteil (6) des Fahrzeugs (2) akustisch angekoppelt und mit einer Signalverarbeitungseinheit (8) verbunden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei dem ein körperschallempfindlicher und/oder luftschallempfindlicher Schallsensor (4) vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Signalverarbeitungseinheit (8) ein Analysemodul (14) zur Zeit- Frequenz-Analyse eines vom Schallsensor (4) erfassten Schallsignals (S) und zur Erzeugung eines Ausgangssignals (A) umfasst.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem die Signalverarbeitungseinheit (8) mit mindestens einem Betriebsmodul (16) des Fahrzeugs (2) verbunden ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem die Signalverarbeitungseinheit (8) mit einem Schallaktuator (10) verbunden ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem die Signalverarbeitungseinheit (8) mit einem optischen Sensor (12) vorgesehen ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem die Signalverarbeitungseinheit (8) mit einem Temperatursensor (18) verbunden ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem die Signalverarbeitungseinheit (8) mit mindestens einer fahrzeugeigenen Schutzeinrichtung (20) verbunden ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, bei dem die Signalverarbeitungseinheit (8) mit einer externen Schutzeinrichtung (20, 22, 23) und/oder anderen Schutzeinrichtungen (20, 22, 23) nachfolgender Fahrzeuge (2) drahtlos verbunden ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, bei der für eine Mustererkennung verschiedene Geräuschmuster (S") in einem Datenspeicher (24) gespeichert sind.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, bei dem die Signalverarbeitungseinheit (8) mit einem externen Informationssystem, insbesondere einer Notrufzentrale drahtlos verbunden ist.